CN103328125A

CN103328125A - 制造金属车轮的方法和车轮

Info

Publication number: CN103328125A
Application number: CN2011800661901A
Authority: CN
Inventors: N·J·登乌伊尔; T·德哈恩
Original assignee: Tata Steel Nederland Technology BV
Current assignee: Tata Steel Nederland Technology BV
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2013-09-25
Also published as: EP2654984A1; WO2012084177A1

Abstract

本发明涉及一种制造金属车轮（10）的方法，该车轮至少包括圆周轮辋和轮盘，该方法包括以下步骤：将金属坯体热冲压成车轮部件（12）的热冲压步骤和将热冲压的车轮部件淬火的淬火步骤，其中该车轮部件具有圆周轮辋部分（16）和一体式轮盘部分（14）；和提供至少一个另外的车轮部件（20）；以及至少沿圆周局部地将车轮部件（12、20）焊接在一起的焊接步骤。

Description

制造金属车轮的方法和车轮

技术领域

根据第一方面，本发明涉及一种制造金属车轮的方法，该车轮至少包括圆周轮辋和轮盘。

本发明的另一方面涉及一种金属车轮，该车轮至少包括圆周轮辋和轮盘。

背景技术

从专利文献GB1,107,328中可以了解到一种可沿圆周从中央分开的两部件式车轮及其制造方法，该车轮特别是用于支撑坚固的轮胎。车轮的半部通过冲压金属板（如厚度为3至8毫米的钢板）形成。这种车轮半部包括轮毂部分、与轮毂部分成一体的环形连接板部分、以及与连接板成一体的外围轮辋部分。类似的车轮半部背对背地对齐，然后栓接在一起。据说，与铸造车轮相比，以这种方式制成的可用于承受给定载荷的车轮更轻，因而，可减小车辆静重。

在目前实施的另一种方法中，将矩形金属条弯曲成圆筒形，并将相邻端部焊接在一起。这样制成的环形半部制品承受冷变形以达到合适尺寸和形状。然后，通常将车轮轮盘焊接到外圆周轮辋边缘上。由于车轮轮辋上的切向焊缝破坏和/或尺寸超出容许误差，因而以这种方式制成的车轮的废品率相对高。另外，有时会出现一些问题，这些问题与切向焊缝中的孔及封闭在焊缝中的氧化物相关。并且，焊缝自身是轮辋上的脆弱部位。

美国专利文献US3,771,843A中公开了一种特别用于重型拖拉机应用场合的轨道惰轮，该惰轮具有两个成形的金属轮盘，它们共心地邻接布置，通过外接的焊缝而将它们连接在一起，以便让这种复合的轮盘惰轮结构中固有的应力减小到最小。该轮盘锻制而成。

从专利文献WO2010/031863A1中可以了解到一种用于机动车辆的轮辋，其包括车轮轮盘和轮辋条。两个车轮部件都通过冷成型过程制成。

美国专利文献US3,611,535A公开了一种制造车轮的方法，该车轮包括铸铝车轮轮盘和轧制或冲压板钢轮辋，通过浇铸到铝体中的环状钢环插入件以及钢插入件和轮辋之间的连续焊缝，可将车轮轮盘和轮辋牢固地相互连接。

德国专利文献DE3016285A1涉及一种车轮，尤其涉及一种轻质车轮，其由两部件制成，其中每部件包括轮辋部和轮盘部。可见部件通过锻造或铸造加工成形，另一部件通过深冲压加工成形。将这样加工成形的部件焊接在一起。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种金属车轮制造方法，这种方法的废品率低。另一目的是制造一种价廉的车轮，尤其是降低材料成本，与前面所述的现有车轮相比，该车轮具有类似属性或强度增加。

根据第一方面，本发明提供了一种制造金属车轮的方法，该车轮至少包括圆周轮辋和轮盘，该方法包括以下步骤：将金属坯体热冲压成车轮部件的热冲压步骤和对热冲压的车轮部件进行淬火的淬火步骤，其中车轮部件具有圆周轮辋部分和一体式轮盘部分；提供至少一个另外的车轮部件；和至少沿圆周局部地将车轮部件焊接在一起的焊接步骤。

在本文中，术语“热成形”意为包括在升高的温度下进行的例如热冲压等任何成形过程，包括加热待被成形的物件和冷却已被成形的物件。

在根据本发明的方法中，从金属板材开始制造至少一个车轮部件（有利地，制造所有部件）。对可选地由盘卷获得并切成合适尺寸的这种平板材料进行热冲压操作，其中，坯体的二维形状被改变成车轮部件的三维形状。通过热冲压形成的至少一个车轮部件具有圆周轮辋部分和基本上为圆形的内部部分，内部部分与轮辋部分成一体。热冲压允许的变形程度高，因而，可以获得复杂的设计结构，尤其是可获得与轮辋形状相关的负载的设计结构。热冲压步骤可按照两个或更多个子步骤执行。紧接最后的热冲压阶段之后，通常在冲压装置中立即对最终的热冲压车轮部件进行淬火处理。还提供至少一个其他的至少具有圆形轮辋部分的部件。优选地，该车轮部件也通过上述热冲压过程形成。之后，通过在圆周的至少一部分上进行圆周焊接而将两个车轮部件连接在一起，其中这两个车轮部件可具有相同的形状。可以不连续地进行焊接，例如沿圆周仅在4或5个位置上进行焊接。优选地，沿整个圆周将多个车轮部件焊接在一起。这样形成的车轮具有（局部）圆周焊缝，但没有切向焊缝，切向焊缝是现有车轮出现废品的一个原因。鉴于使用期间的载荷，相比具有切向焊缝的现有技术的车轮，圆周焊缝位于更有利位置上。制造和使用期间，轮辋上的焊缝部位出现撕裂的危险很小或没有。另外，根据本发明的方法由于没有切向焊缝，因而提供了减小焊接站数量的可能性。并且，相对于上面列举的其他制造方法而言，热冲压容许减小规格，从而节省了材料，同时保持足够强度水平。减小规格还容许生产相对轻质的车轮。

本发明的另一个优点是，相比一些现有技术的上述设计结构，仅存在一个焊缝。因为每个焊缝都可能是造成破坏的原因，因而减小焊缝数量是有利的。根据本发明的方法的废品率小。另外，与冷轧轮辋相反，热冲压形成的车轮部件不会回弹，而是保持其形状结构接近于压制过程中使用的模具的尺寸。

将起始材料加热至其变形温度。根据本发明的方法中优选使用的起始材料是钢坯体。如果金属坯体包括钢坯体，那么，有利地，将钢坯体加热至高于其奥氏体化温度。被加热至高于奥氏体化温度的钢转变成fcc（面心立方）结构，这种fcc结构比bcc（体心立方）结构和bct（体心正方）结构的（热）可成形性更好，bcc结构是原始铁素体矩阵结构，bct结构是在对含碳量高的fcc结构淬火所形成的马氏体。加热方式不受限制，例如可以使用熔炉或感应加热进行加热。为了避免氧化，优选使用保护或惰性气氛。坯体在进行热冲压之前可保持在升高的温度下。通常，钢板保持在900-950℃充足的一段时间以可获得均匀的奥氏体结构，如3-10分钟。如果钢坯体保持在高于奥氏体温度的温度下的时间更长，那么奥氏体晶粒将会生长，从而在快速冷却过程中，发生降低形成马氏体的温度的情况。但是，如果小心地避免马氏体最终温度降低至低于室温，那么，在热成形之后最终获得的微结构不会受到显著影响。否则，将会剩下太多的奥氏体。由于从坯体到冲模或模具（压硬化）的热损失，因而，在冲压之后对材料进行淬火处理，其可具有强制冷却系统。还可以在热冲压之后立即进行单独的淬火处理。淬火处理将材料转变为强度十分高的硬质马氏体结构，例如强度高达1500MPa，与此相比，传统制造的车轮强度大致为800MPa。根据所需的强度，也可以是（局部）贝氏体结构。

优选地，金属坯体通过热冲压诸如硼合金钢等钢类材料（如，22MnB5和HpF^TM）制成。与高强度低合金钢(HSLA)和高级高强度钢等高强度钢相比，这类钢材料相对价廉。有利地，钢成分包括重量百分比至少为0.08%的碳，其容许在热冲压期间和/或热冲压之后形成马氏体。有利地，钢成分包括重量百分比等于或小于0.30%的碳，从而避免形成太脆的马氏体。在公知方法中，使用冷成形通过机械功让轮辋达到其强度，与这种公知方法相反，在本发明中，由于在热冲压时或热冲压之后进行淬火，因而车轮具有高强度。与现有技术的车轮相比，热冲压的车轮部件的回弹性减小，容许车轮部件的尺寸就有高精确度，保持其形状，并具有可再现性和可重复性。

在热冲压和淬火之后，通常，车轮部件从冲压设备被传送到焊接设备。可插入中间储存步骤。可选地，在低于奥氏体温度的温度下进行焊接之前，可以进行回火步骤，从而可增加材料的韧性，尤其是在冲压步骤已经形成了非常硬（太脆）的马氏体的情况下。可对车轮部件整体或局部进行回火热处理、烧烤硬化或其他退火步骤，后者容许改变整个车轮部件的强度和硬度。

将不同或类似的车轮部件焊接就完成了完整车轮的制造。合适焊接技术的例子包括熔焊（其特别包括激光焊接和电弧焊）和压力焊接（如，电阻对接焊和摩擦焊）。可在使用和不使用填充材料的情况下进行熔焊。不需在使用期间承受重载荷的关键位置上进行焊接，从而可提高疲劳特性。外围焊接是支持的一种焊接。

可选地，去除冲压和焊接过程产生的多余材料。可对车轮进行其他加工处理，如涂漆或其他涂敷处理。

由于根据本发明的方法采用热冲压车轮部件的方式，因而，提供了由相对价廉的钢类材料制造强度（非常）高的车轮的可能性，容许减小规格尺寸，从而重量减小、节省材料、并且每吨钢生产的车轮产量增加。

根据另一方面，本发明提供了一种至少包括圆周轮辋和轮盘的金属车轮，所述金属车轮由至少沿圆周局部地焊接在一起的多个车轮部件制成，至少一个车轮部件包括圆周轮辋部分和轮盘部分，其中圆周轮辋部分和轮盘部分一体地进行了热冲压和淬火。特别地，车轮由钢制成，其结构基本上包括马氏体或贝氏体或两者的组合。在此，术语“基本上”意为，至少根据本发明的车轮的热冲压部件具有马氏体结构或贝氏体结构或两者的组合。例如，在低碳钢（如碳的重量百分比为0.08%）中，可至少局部获得贝氏体结构。

附图说明

通过附图及其描述进一步阐释本发明。

图1概略地示出了根据本发明的车轮。

具体实施方式

图1概略地示出了根据本发明的车轮，其总体上用标记10表示。车轮包括两个部件。第一部件12包括环形连接板部分或轮盘14和一体式的轮辋部分16，由于使用热冲压和模压硬化过程制造该部件12，因而轮盘和一体式的轮辋部分制成单一件。轮辋部分16在其自由边缘上具有小突起18，以防止在使用期间轮胎离开轮辋。第二部件20包括类似的环形轮辋部分22，但没有环形连接板部分。两个部件12和20焊接在一起，从而形成连续的焊缝24。

根据车轮的设计，焊缝可定位在不太关键的位置上，在这些位置焊缝不会承受（循环的）机械载荷。当两个车轮部件均设置有轮盘部分时，则两个轮盘部分就连接在一起，其中使得两轮盘部分的后部相互面对。最终形成的车轮可以是对称的，例如对于重型车辆而言。

Claims

1.一种制造金属车轮（10）的方法，该金属车轮至少包括圆周轮辋和轮盘，该方法包括以下步骤：将金属坯体热冲压成车轮部件（12）的热冲压步骤和将热冲压的车轮部件淬火的淬火步骤，其中该车轮部件具有圆周轮辋部分（16）和一体式轮盘部分（14）；和提供至少一个另外的车轮部件（20）；以及至少沿圆周局部地将车轮部件（12、20）焊接在一起的焊接步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，按照将金属坯体热冲压成相应车轮部件的热冲压步骤以及将热冲压的车轮部件淬火的淬火步骤制成所有的部件（12、20）。

3.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，金属坯体是低碳钢，其包括重量百分比为0.08-0.30%的碳。

4.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，在高于奥氏体化温度的温度下执行钢坯体的热冲压步骤。

5.根据前述任一权利要求所述的方法，还包括在焊接之前对车轮部件进行回火的回火步骤。

6.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，被淬火的热冲压的车轮部件具有马氏体和/或贝氏体结构。

7.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，焊接步骤包括沿整个圆周进行圆周焊接。

8.一种至少包括圆周轮辋和轮盘的金属车轮（10），所述金属车轮由至少沿圆周局部地焊接在一起的多个车轮部件制成，至少一个车轮部件（12）包括圆周轮辋部分（16）和轮盘部分（14），其中圆周轮辋部分和轮盘部分一体地进行了热冲压和淬火。

9.根据权利要求8所述的车轮，其中，热冲压的车轮部件的金属具有马氏体和/或贝氏体结构。